基于CDMA 1X的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

在現有的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，常用的信息傳輸方式有：數字微波、數傳電臺、有線光纖、有線電纜等，數字微波和數傳電臺將受到傳輸距離及頻率許可的限制，而有線光纖和有線電纜的網絡成本較高，不適合監(jiān)控點非常分散及傳輸距離較遠的情況下使用。

針對監(jiān)控對象分散、各監(jiān)控節(jié)點間缺乏有機聯系、監(jiān)控信息量相對較少，實時性要求較低等特點，cdma 1x提供了一種很好的信息傳輸方式。

cdma 1x愿意是指cdma 2000的第一階段（速率高于is-95，低于2mb/s），可支持308kb/s的數據傳輸，網絡部分引入分組交換，可支持移動ip業(yè)務，是在現有cdma is-95系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務，目的是為cdma用戶提供分組形式的數據業(yè)務。

由于cdma 1x采用了反向相干解調，快速前向功控、發(fā)送分集、turbo編碼等新技術，其容量比is-95大為提高，從理論分析結果來看，如果用于傳送語音業(yè)務，cdma 1x系統(tǒng)的總容量是is-95系統(tǒng)的2倍，如果用于傳送數據業(yè)務，cdma 1x系統(tǒng)的總容量是is-95系統(tǒng)的3.2倍，cdma 1x理論帶寬可達300kb/s，目前的實際應用帶寬大約在100kb/s左右（雙向對稱傳輸），在此信道上提供tcp/ip連接，可以用于internet連接、數據傳輸等應用。

2 基于cdma 1x的無線通信

2.1 組網方案

無線數據傳輸系統(tǒng)一般由數據業(yè)務中心、通信網絡和數據終端組成，綜合考慮業(yè)務數據量、安全性、可靠性、網絡狀況與成本等因素，采用下述組網方式：通信服務器以公網固定ip或固定的域名接入internet，cdma數據終端單元（dtu）上電后，主動與通信服務器建立連接，如果通信服務器沒有固定ip，可以通過安裝花生殼軟件獲得固定的域名，此方案具有成本低、通信質量穩(wěn)定、安全性適中、運行可靠等特點。

2.2 無線數據傳輸原理

根據上述組網方案，數據的上行傳輸原理如下：

（1）下位機通過rs232串口將數據傳給dtu；

（2）dtu將數據打成tcp/ip包，發(fā)送到無線網絡；

（3）tcp/ip數據包經系統(tǒng)分組數據服務節(jié)點，傳輸至internet上并且去尋找在internet上的一個指定的數據服務中心（通信服務器）；

（4）通信服務器將數據傳給上位機并存儲到歷史數據庫。

數據的下行傳輸與上述過程相反，不再贅述，系統(tǒng)通信結構圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)設計

3.1 上位機設計

上位機包括實時監(jiān)控系統(tǒng)和歷史數據庫兩部分。

實時監(jiān)控系統(tǒng)選用wonderware公司的intouch系統(tǒng)，主要實現以下功能：系統(tǒng)管理功能；數據處理功能：包括數據查詢功能、數據存儲功能、數據定時上報功能；告警功能：包括實時響應功能、告警聯動處理功能、告警設置功能、告警確認功能、告警存儲功能，操作控制功能，歷史數據庫選用wonderware公司的industrial sql server，主要實現以下功能：數據統(tǒng)計、報表功能、歷史數據查詢功能、歷史數據曲線圖、打印功能。

3.2 下位機設計

下位機選用abb ac31系列plc，包括cpu模塊和i/o模塊，cpu接收一個或多個指定監(jiān)控中心對設備的操作控制命令，通過i/o模塊對有關設備執(zhí)行相應的操作控制動作，并向監(jiān)控中心返回操作結果,下位機主要實現以下功能：

數據采集功能，數據查詢功能，定時上報功能，操作控制功能。

3.3 cdma數據傳輸中斷

cdma數據傳輸中斷選用深圳宏電技術開發(fā)有限公司的cdma h7710 dtu該終端具有如下特點：

（1）h7710 dtu直接提供rs232/422/485接口，為用戶的數據設備提供透明、全雙工、對等的數據傳輸通道。

（2）普通gprs/cdma modem通常需要附著在pc機上虛擬撥號上網，利用pc機的資源進行數據收發(fā)和協議轉換，h7710 dtu內置自動網絡連接和協議處理模塊，無需后臺計算機支持。

（3）h7710 dtu可以實現點-點、點-多點、中心-多點的對等數據傳輸，傳輸時延一般小于1s。

（4）h7710 dtu一開始就能自動附著到gprs或cdma網絡上，并與您的數據中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數據設備的數據。

（5）h7000移動數據通信可以不依賴于運營商交換中心的數據接口設備，通過internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信專用網絡。

cdma h7710 dtu在使用前必須設定出事參數：cdma 1x網絡登陸用戶名和密碼，通信接口參數、通信服務器的固定ip地址和端口或者通信服務器的域名、dtu的在線工作方式等等。

3.4 通信服務器的設計與實現

通訊服務器是整個系統(tǒng)的樞紐，主要實現不同協議之間的數據傳輸，通信服務器的設計基于opc標準，opc可理解為過程控制的對象連接和嵌入（olc for process control）是在微軟操作系統(tǒng)下開發(fā)的用于應用程序接口的一種技術，基于client/server模式，為了實現整個系統(tǒng)的通訊，在通訊服務器上需要裝3個軟件；wonderware公司的opclink，ioserver公司的ioserver，cdma server。通訊服務器的工作過程及各軟件之間的管理如圖2所示。

下面分別講述通訊服務器上的3個通訊軟件的功能及應用。

3.4.1 opclink

opclink是工作在windows平臺下的應用軟件，主要作用是通過協議轉換來實現opc服務器和intouch吳志劍的數據傳輸。opclink可以與現地或者遠程的opc服務器端軟件（如ioserver，rslinx）進行連接，他將intouch的命令轉換成opc協議然后發(fā)送到opc服務器端軟件，并從opc服務器端軟件讀取數據，返回到intouch。同樣，opclink也可以連接到現地或者遠程的intouch。

3.4.2 ioserver

ioserver的作用是實現不同協議間的數據傳輸，ioserver支持以下14種協議：modbus協議，ab協議、ascii協議、courier協議、dnp協議、ge協議、hr6000協議、iec103協議、kingfisher協議、loopback協議、melsec協議、omron協議、ti505協議、uca2協議。在本系統(tǒng)中，abb plc采用的是modbus協議、因此，ioserver從cdma server上讀取abb plc的數據，并轉換成tcp/ip協議，傳送給opclink。

ioserver的配置主要包含以下3部分：

（1）board（接口配置）：ioserver支持多種接口，其中最常用的是tcp/ip和串口，在配置接口的時候，需要定義所連接設備的協議；

（2）opc explorer：提供內部測試的平臺，也可進行數據觀察和監(jiān)視。

（3）opc gateway：允許基于不同協議的各opc服務器之間的數據傳輸，以及ioserver和某個控制單元之間的數據傳輸。

3.4.3 cdma server

在本系統(tǒng)中，使用visualc++6.0編寫cdma server軟件，cdma server作為整個系統(tǒng)的通訊樞紐，包括兩部分功能：與ioserver進行通訊，與dtu進行通訊。

cdma server與ioserver的通訊基于socket編程，采用tcp/ip協議進行傳輸，需要設置端口和ip地址，ioserver通過此端口和ip地址與cdma server建立通訊。

cdma server和dtu之間的通訊使用開發(fā)包中動態(tài)庫wcomm_dll.dll，該文件包括和dtu通訊所需要的全部api函數，包括服務的啟動、數據發(fā)送、數據接收、關閉服務等。

opc server與dtu的通信設計是基于開發(fā)工具包的用戶程序接口,即動態(tài)鏈接庫cdmagprs.dll，該庫包括了與dtu通信所需要的全部api函數，例如：

start_gprs_server：該函數用于啟動底層服務，服務啟動后和dtu通訊，啟動該服務后，主窗口中要有響應消息的函數，以便和底層服務通訊。

stop_gprs_server：停止服務；

do_read_proc：讀數據。底層服務接收到dtu發(fā)送的數據后，會向啟動服務函數中指定的dsc的窗口發(fā)送消息，該窗口中的消息響應函數應立即調用讀數據函數將dbu發(fā)送過來的數據讀出；

do_send_user_data：向dtu發(fā)送數據；

da_close_one_user：關閉一個dtu終端，令其下線；

do_close_all_user：關閉所有的在線dtu終端，一般停止服務前執(zhí)行該api。

由于windows基于消息驅動的，底層服務接收到遠端dtu的數據后，會向啟動函數的窗口發(fā)送一個消息，因此，我們可以在程序中定義一個消息響應函數來處理中心與dtu的數據傳輸，消息響應函數中，通過調用動態(tài)鏈接庫中的數據接收函數和數據發(fā)送函數來傳輸數據，當數據傳輸結束后，調用關閉服務函數來結束通訊。

4 實驗及結果分析

實驗步驟如下：

（1）設置dtu主要參數：

dtu身份識別碼：139********

在線報告時間間隔：40s

本地通訊端口：5001

最大傳輸包長：1000b

主dsc ip地址：219.229.3.24

（2）在cdma server上添加用戶，如圖3所示，其中終端端口與dtu上設置一致，為5001。網關出口端口，即cdma server與ioserver連接端口設置為5002。

（3）在ioserver上添加端口與設備，如圖4所示，在本系統(tǒng)中，由于ioserver和cdma server裝在同一臺機子上，因此ip地址設為127.0.0.1，端口號與cdma server提供的端口對應，即5002。

經過上述步驟，已建立起ioserver和dtu之間的通訊，接下去只需要ioserver和opclink上配置具體的group和item即可，在此不再贅述。

本系統(tǒng)已應用到實際項目，與有線數據采集系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）降低了通訊線路的建設成本和維護成本；

（2）提高了系統(tǒng)的靈活性，監(jiān)控范圍不受地域限制，節(jié)點控制目標可以任意擴充。

（3）通訊線路比較穩(wěn)定，不易發(fā)生通訊故障，就算出現問題，也能迅速發(fā)現和排除。

5 結論

相信隨著cdma無線通信的高速發(fā)展和3g牌照的發(fā)布，必將引領無線通訊的潮流，而基于cdma無線通信的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，將會有更加廣泛的應用。